煤礦掘進巷道支護技術與頂板管理

張利民

（兗州煤業(yè)鄂爾多斯能化有限公司安源煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017205）

1 引言

煤礦巷道的頂板支護的可靠性以及速度成本，直接影響著煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)狀況及經(jīng)濟效益，為了更好地提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，降低生產(chǎn)開采成本，提升開采的質(zhì)量，筆者通過分析常見煤礦井下巷道的支護方式，進一步提出了在當前開采過程當中，頂板支護存在的問題影響因素和加強巷道掘進工作面頂板支護的控制措施，以為開采工作提供更加安全高效的技術支持，提升我國煤炭開采的整體水平。

2 煤礦巷道支護方式存在的問題和影響因素

2.1 煤礦巷道支護方式存在的問題

在開采的過程當中，由于圍巖的穩(wěn)定性較差，煤礦巷道的支護難度會大大增加，如果出現(xiàn)了過大的變形或者是位移，也就可能出現(xiàn)破壞巷道的現(xiàn)象，特別是在一些巖體較為松軟的地方，如果出現(xiàn)這一類的問題，便無法發(fā)揮其其中的作用，經(jīng)過多次返修，如仍無法滿足要求，那么這一地段的開挖將會陷入瓶頸，在煤礦巷道挖掘的過程當中，圍巖的巖體遇到水之后，會產(chǎn)生很大的膨脹力，圍巖在過大的擠壓力的作用下會產(chǎn)生變形，直接影響支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在掘進過程當中，受到重力因素的影響，頂板也會出現(xiàn)掉落的現(xiàn)象，加之層理結(jié)構(gòu)的發(fā)育和變化，頂部的裂縫容易增多，并且易發(fā)生開裂，甚至還會產(chǎn)生圍巖離層，甚至發(fā)生冒頂事故。

2.2 影響因素

地質(zhì)構(gòu)造施工技術會影響整個開采過程的穩(wěn)定與安全，在井下巷道開發(fā)的過程當中，會受到煤礦地層的發(fā)育狀況的影響，褶皺構(gòu)造穩(wěn)定性較好的地方可以加快施工，但是一般的煤礦井下都屬于復雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，掘進的速度和質(zhì)量會受到很大的影響，在褶皺斷層的地質(zhì)條件下，煤層的厚度也發(fā)生較大的變化，其穩(wěn)定性和支護結(jié)構(gòu)容易發(fā)生垮落等一系列的問題[1]。同時施工技術也會影響到開挖的穩(wěn)定性，一般采用錨噴支護的方式進行頂板支護，這種方法使安全性和工作質(zhì)量得到了提升，但是如果炮眼掌握不當，或者是藥量不夠，也會降低錨網(wǎng)噴支護的質(zhì)量，在一些巷道較為密集的地區(qū)，在開挖第一條巷道時，由于地面地表的巖層受到了破壞，那么其他地方也會受到影響，頂板支護的難度將會大大增加。

3 掘進巷道支護方式

3.1 錨桿支護

在我國，錨桿支護是煤礦巷道首選的支護方式，因為它可以有效改善煤礦巷道的布置方式，提升煤炭的產(chǎn)量以及經(jīng)濟效益，這種支護方式主要的支護結(jié)構(gòu)，包括錨桿桿體、托板、錨固劑、鋼帶和一些網(wǎng)等，錨桿的主要作用在于抗剪、抗拉，而托板是圍巖與錨桿尾部相互接觸的主要構(gòu)件，通過施加適當?shù)呐ぞ亟o螺母，使得巷道表面的托板受到擠壓，將預緊力提供給錨桿，并不斷擴散到煤體之中，使得圍巖的外部應力狀態(tài)有所改善，有效解決裂隙張開，結(jié)構(gòu)表面滑動等圍巖出現(xiàn)的一系列問題，當圍巖出現(xiàn)變形的狀況時，托板可以將圍巖變形產(chǎn)生的荷載傳給錨桿桿體，使得錨桿的工作阻力不斷加大，抑制圍巖變形狀況的出現(xiàn)，而網(wǎng)緊貼于巷道的表面，能夠提供支護的力量，并且能夠防止圍巖當中的破碎巖塊對巷道造成阻塞，或者是垮落的問題，為施工的展開提供更加安全可靠的環(huán)境，成本較低，因此受到了廣泛歡迎。

3.2 礦用型鋼支護

當前的煤礦礦用支護型鋼主要采用工字鋼和U型鋼兩種，一般煤礦為橢圓形或者是半圓形，在這些巷道斷面當中，這類礦用的支護鋼型的韌性較好，并且能夠抗剪、抗壓、抗拉，這兩種鋼具有很強的優(yōu)勢，所以得到了廣泛運用，在煤礦巷道掘進過程當中，工作環(huán)境相對復雜，所以礦用支護型鋼必須具備很高的性能，在煤礦井下巷道掘進過程當中產(chǎn)生的橫向負載和豎向的推動力，必須由支護架進行承擔，在使用之后，架的橫向與縱向的兩個方向上都必須要具備足夠的負載能力，截面抵抗矩直接影響著高架斷面的集合參數(shù)，所以要對其負載能力和截面抵抗矩的數(shù)值進行科學分析，以保證兩個數(shù)值相互接近，來提高支護架的應用能力[2]。

3.3 可縮性支架

支架的極限承載能力受到支架是否發(fā)生塑性變形的影響，所以在實際過程當中，實際的承載能力是指煤礦巷道的可縮小支架在緊縮過程當中所出現(xiàn)的負荷承載能力，受到煤礦巷道之下的工作狀況、工作環(huán)境以及構(gòu)件連接的影響，一般情況下，煤礦巷道的實際承載能力與極限承載能力相差不大，為了保持最好的狀態(tài)，必須對其極限值進行計算，保證其實際承載能力與極限值之間的數(shù)字差距較小，來使支架達到最好的工作狀態(tài)，為開采工作的展開，提供更加便捷的條件。

4 頂板控制技術措施

4.1 加強技術裝備，提升承載能力

為了使巷道頂板提升承載能力，必須要強化巷道掘進前的施工技術準備，根據(jù)煤礦礦壓觀測資料，實際的地質(zhì)構(gòu)造，以及圍巖的力學性質(zhì)等當?shù)氐膶嶋H具體情況，有針對性地選擇煤礦井下巷道施工現(xiàn)場的最佳支護方式，針對重點施工地帶，例如冒頂處理，掘進工作面，巷道開口等等，必須提前制定有針對性的安全技術措施方案，要求專業(yè)人員對施工設計明確支護方式，臨時支護形式，以及所需要的材料數(shù)量和尺寸等，根據(jù)計算的數(shù)值和相應的資料嚴格制定并執(zhí)行掘進作業(yè)規(guī)程，要求所有的人員對其進行蹲守，嚴格遵循作業(yè)的規(guī)程，不得出現(xiàn)違規(guī)操作等一系列的行為[3]。

在實際的施工過程當中，不管采用哪種支護結(jié)構(gòu)，必須要保證開掘巷道的光滑與平整，并且光滑度與平整度要達到最大的程度，首先采用的是爆破的方式進行光面爆破，以錨噴支護，使得圍巖的完整性和穩(wěn)定性加以提升，避免圍巖層出現(xiàn)松動，同時能夠降低松動的程度，使得頂板自身承受的負荷能力得到加強和提升，來使整個支護體結(jié)構(gòu)的和圍巖共同完成承載，為施工創(chuàng)建一個安全的環(huán)境。

4.2 強化支架強度

支架的承載力能夠為巷道的安全開發(fā)提供更為有力的保障，在煤礦井下巷道進行初期的挖掘時，巷道極易產(chǎn)生位移或者是變形，要求選擇支護方式時，盡量選擇初具柔性后具剛性的支護結(jié)構(gòu)，以緩解出現(xiàn)的位移和變形問題，有利于巷道空間的完整性以及光滑性，降低返修的次數(shù)和返修的任務量，后期的維護工作成本將大大降低。通過強化支架的強度和圍巖的光滑程度來加強雙方的協(xié)調(diào)能力，使得圍巖能夠在適當?shù)姆秶鷥?nèi)進行變形，增強了巷道支護體的支護能力和支護強度，強化頂板支護的效果。

4.3 加強新技術和新設備的應用

科學技術的不斷發(fā)展，使得開發(fā)的技術和設備不斷更新，在開采的過程當中，主要使用了懸臂式掘進機，單體勘探鉆機和其他供電設備，其生產(chǎn)能力較強，對于一般的地質(zhì)條件都較為適應，在施工技術當中，可以采用液壓馬達直接驅(qū)動裝載的機器，而液壓系統(tǒng)自動設置了加油裝置，其穩(wěn)定性與可靠性大大提升，PLC技術作為主要的控制技術，能夠?qū)收线M行及時的診斷和檢測，為支護工作的展開提供了技術和設備的支持[4]。

總之，在煤礦巷道開挖過程中，必須輔之以必要的支護手段和新興技術，保障開挖的安全性和可靠性，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，為我國提供更為可靠的能源保障。